ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Ενότητα 6a: Αλληλεπίδραση με την ύλη ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ - ΥΛΗΣ. Δρ. Ν. Χρυσουλάκης Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας

Transcript

1 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Ενότητα 6a: Αλληλεπίδραση με την ύλη ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ - ΥΛΗΣ A+R+T= Δρ. Ν. Χρυσουλάκης Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας Ινστιτούτο Υπολογιστικών Μαθηματικών Lv: Ανάκλαση της υδάτινης μάζας (σκέδαση Rayleigh).

2 AVIRIS MASTER

3 BRDF Διδιευθυνσιακή συνάρτηση κατανομής της ανάκλασης (BRDF: Bidirectional Reflectance Distribution Function): Συνάρτηση που περιγράφει τις οπτικές της ιδιότητες μιας επιφάνειας σε σχέση με τη γωνία πρόσπτωσης της ακτινοβολίας και τη γωνία παρατήρησης. f r f r,,,, f r (Ω i,ω r ) BRF BRF R di,,,, Διδιευθυνσιακός συντελεστής ανάκλασης (BRF: Bidirectional Reflectance Foctor): Είναι ο λόγος της ανακλώμενης από μια επιφάνεια ακτινοβολίας προς την ακτινοβολία που θα ανακλώνταν από μια ιδανική και Lambertian επιφάνεια ίδιου μεγέθους κάτω από τις ίδιες συνθήκες παρατήρησης για ακτινοβολία προερχόμενη από συγκεκριμένη διεύθυνση. R f r,,,, ideal di,,

4 Λευκαύγεια (albedo): Ο λόγος της έντασης της προς όλες τις διευθύνσεις ανακλώμενης ακτινοβολίας από μια επιφάνεια προς την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, για όλα τα μήκη κύματος (ή για συγκεκριμένες περιοχές του φάσματος). Black-sky albedo. White-sky albedo. Η φασματική λευκαύγεια α(λ) μιας επίπεδης επιφάνειας είναι ο λόγος της ανακλώμενης προς όλες τις διευθύνσεις μέσα σε ένα ημισφαίριο ακτινοβολίας προς την εισερχόμενη από ένα ημισφαίριο ακτινοβολία: L,, cosd a : L,, cos d L a, cosd, R,,,, L,, R,,,, L,, F cos cos d d Ηα(λ) δεν είναι απλά χαρακτηριστικό της επιφάνειας αλλά του συστήματος επιφάνειας ατμόσφαιρας στη δορυφορική λήψη. Θεωρώντας μόνο άμεση ακτινοβολία, δηλαδή δέσμη από μία συγκεκριμένη διεύθυνση (θ, φ ): L F0 cos,, ;, R,,,, F0 cos Στην περίπτωση αυτή έχουμε την φασματική directionalhemispherical ή black-sky λευκαύγεια: a ;, R,,,, cosd Θεωρώντας μόνο διάχυτη ακτινοβολία, ισότροπη από ένα ημισφαίριο: L,, L F L 0 0 Στην περίπτωση αυτή έχουμε την φασματική bihemispherical ή white-sky λευκαύγεια: bh a a ;, cosd F Οι παράμετροι α (λ;θ,φ ) και a bh (λ) είναι χαρακτηριστικά της επιφάνειας για φωτισμό από συγκεκριμένη διεύθυνση (θ, φ ) και για φωτισμό καθολικά από διάχυτη ακτινοβολία. Σε πραγματικές συνθήκες ( blue-sky ), an f diffuse είναι το ποσοστό της διάχυτης ακτινοβολίας το οποίο είναι συνάρτηση του ατμοσφαιρικού οπτικού βάθους και (θ s, φ s ), η διεύθυνση του ήλιου, η λευκαύγεια μπορεί να υπολογιστεί ως γραμμικός συνδυασμός των δύο παραπάνω: bh a f a ;, f a diffuse s s diffuse Συμπερασματικά, ο υπολογισμός της φασματικής λευκαύγειας ανάγεται σε υπολογισμό των παραμέτρων α (λ;θ,φ ), a bh (λ) και f diffuse, δηλαδή πρακτικά του τελευταίου και του BRF: R,,,, Ημι-εμπειρικά μοντέλα. R Ο BRF υπολογίζεται με βάση ημι-εμπειρικά μοντέλα ως γραμμικών συνδυασμός kernels που εξαρτώνται μόνο από τη γεωμετρία, συνεπώς μπορούν να υπολογιστούν αναλυτικά ανεξάρτητα. Το βάρη f i εκτιμώνται από πραγματικές δορυφορικές καταγραφές από διάφορες γωνίες.,,,, f ( ) f ( ) K,,, f ( ) K,,, iso vol vol ( ; ) f ( )( g s vol iso f ( )( g f ( )( g Πρακτικά, με χρήση των παραπάνω kernels, αν είναι γνωστά τα βάρη f i τα ολοκληρώματα με βάση τα οποία υπολογίζονται οι παράμετροι α (λ;θ,φ ) και a bh (λ), προσεγγίζονται από πολυωνυμίες συναρτήσεις του θ s : 0vol 0 0iso g g vol g iso g g vol g iso ) ) ) 4

5 Φασματική ολοκλήρωση για συγκεκριμένες περιοχές μηκών κύματος (broadband albedo) α: a L,, cosd d F,, : F, L,, cosd d Πρακτικά το α προκύπτει ως γραμμικός συνδυασμός φασματικών α(λ), που έχουν εκτιμηθεί από φασματικές (narrowband) μετρήσεις σε συγκεκριμένα δορυφορικά κανάλια: AVHRR MODIS ASTER - ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΑ Το ποσό και η διεύθυνση της ανακλώμενης στην επιφάνεια της γης μικροκυματικής ακτινοβολίας εξαρτάται από: Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας (τοπογραφία, μορφολογία, τραχύτητα του εδάφους). Τις διηλεκτρικές ιδιότητες των υλικών. Τα χαρακτηριστικά της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (συχνότητα, πόλωση, γωνία πρόσπτωσης). ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Η θερμοκρασία των σωμάτων στην επιφάνεια της γης εξαρτάται από: Το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που είναι διαθέσιμο για τη θέρμανση του σώματος. Τις θερμικές ιδιότητες του σώματος οι οποίες είναι συνάρτηση της σύστασής του. Θερμοχωρητικότητα (c) Θερμική αγωγιμότητα (Κ) Θερμική αδράνεια (Ρ): P=(Kcρ) / Θερμική διαχυτικότητα (κ): κ = Κ/(c p) 5

6 ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΑΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΝΗΣΙΔΑ ΑΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΝΗΣΙΔΑ ΑΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΙΚΗ ΝΗΣΙΔΑ AVHRR, Athens ATLAS: Salt Lake City AVHRR composites (median), Paris 6